基于振沖密實法地基處理工藝下耙吸船吹填砂料質量控制

郭小兵+張濤

【摘 要】振沖密實法具有固化快，工效高和成本低的顯著優(yōu)勢，但因其特殊的工藝，對地基填料提出了很高要求，一般適用于處理黏粒含量小于10%的中砂、粗砂地基。疏浚吹填陸域形成過程中，填料的質量是地基處理效果關鍵影響因素。以科威特LNGI疏?；靥罟こ虨槔?，根據(jù)高標準地基處理工藝，借助理論和實踐相結合的方式，總結了一些耙吸船施工工藝下砂料質量控制和砂料改良措施，保證了地基處理效果并取得理想的成本效益。

【關鍵詞】振沖密實法；耙吸船；回填砂料；質量控制

一、工程概況

科威特LNGI疏浚吹填工程位于波斯灣，延海岸線吹填形成約45萬m3液化天然氣存儲灌建設用地，吹填總量約為1135萬m3，地基采用無填料振沖工藝進行地基加固。工程疏浚區(qū)土層從上到下分布為鈣質巖帽，貝殼類土，中粗砂層，其中吹填區(qū)表層鈣質巖帽和貝殼類土清表至-11至-13.5m，然后回填至+4.5m至+7.0m，地基處理厚度15.5m至20.5m；砂源區(qū)清表至中、粗砂層，清表厚度5～8m。其中清表疏浚由絞吸船和耙吸船聯(lián)合施工，表層硬質巖帽層由絞吸船開挖，接近合格砂料層由耙吸船清挖。吹填施工吃水限制深度下由中型耙吸船底拋拋填，表層由絞吸船吹填（短運距砂源區(qū)）和耙吸船接管艏吹（長運距砂源區(qū)）。

二、質量控制風險源分析

1.根據(jù)工程地質鉆孔資料，砂源區(qū)表層為鈣質巖帽和貝殼質土，該類鈣質土即便適于振沖，但相比硅質砂土具有較大的可破碎性和可壓縮性，尤其是在高壓力應力狀態(tài)下蠕變速率較大，會導致地基處理后產(chǎn)生較大的工后沉降。

2.砂源區(qū)鈣質土層下為硅質砂土層，顆粒級配不均勻性好，為可用做回填料，但原狀土層普遍存在10%至30%的細顆粒含量（粒徑小于0.075mm）。細顆粒在取砂過程中擾動，大量進入吹填區(qū)后在水力作用下重新分布，易在靜置條件下形成富集土層，該類土層振沖效果不明顯。

3.砂源區(qū)表層廣泛存在的鈣質巖帽和下層存在砂巖，因其強度加大，疏浚開挖過程中難以破碎為細小顆粒，部分會由挖泥船回填至吹填區(qū)。該類填料強度值較高，本質為合格砂料的聚合體而對地基強度不會造成大的影響。但在振沖工藝中，大粒徑顆粒富集容易造成振沖頭成孔困難，從而嚴重影響振沖效果甚至造成設備損壞。

三、質量控制標準

該工程驗收標準為：地基承載力不小于200kpa，水面以上95%壓實度，水面以下要求90%壓實度，且10年工后沉降不應大于25mm。

基于驗收標準，無填料振沖工藝特性和工程地質資料，針對耙吸船回填施工，標準[2]如下：

1.細顆粒含量FC（小于0.075）應小于15%，振沖適合性指數(shù)SN小于50；

2.地基處理深度范圍內(nèi)碳酸鹽平均含量低于20%；

3.不得出現(xiàn)大于125mm粒徑顆粒富集。

四、質量控制及優(yōu)化措施

（一）大粒徑巖塊含量控制

砂源區(qū)表層鈣質巖帽破碎后難以做到全部移除，部分始終殘存在海床面，同時砂層中存在膠結砂，耙吸船裝艙物中，大粒徑巖塊占有一定比例。通過觀察并結合工程經(jīng)驗，鈣質巖帽和膠結砂因空隙存在，其平均密度小，裝艙過程中，裝艙物在強大水流作用下呈“沸騰”狀態(tài)，靜置后多遍布在泥艙入流口附近表層，易于觀察。同時，通過巖塊撞擊管壁聲音，也可判斷裝艙物巖帽含量。

艙內(nèi)巖帽無法篩選移除處理，通過艏吹則極易造成抽倉隧道堵塞，影響吹填效率。對于艙內(nèi)出現(xiàn)富集的巖帽塊，采取底拋拋填工藝，并分散拋卸至吹填區(qū)下層，最大限度“散布”巖塊，降低對振沖施工的影響。

（二）鈣質土含量控制

根據(jù)鉆孔資料，以不同破碎程度貝殼為代表的鈣質土分散于巖帽層以下，其與砂層界限隨區(qū)域變化存在差異。根據(jù)破碎程度較高，可振沖性良好的鈣質砂土，基于設計文件要求進行鈣質含量測定和壓縮性試驗，建立臨界狀態(tài)下標準試樣，作為耙吸船清表疏浚不合格材料界定的依據(jù)，質量控制采取對照觀察和抽樣驗證結合的方式。

開工前，根據(jù)鉆孔資料劃定不同分區(qū)清表底標高，清挖過程中當接近該標高時，密切關注土質變化并逐層均勻浚深。裝艙過程中從分流口處實時取樣，駕駛臺記錄取樣位置和深度，可精確獲得某一深度和位置土質情況（疏浚物在吸泥管運動時間通過流速和其長度估計，然后通過船舶對地航速和DTPS軌跡推算取樣位置）。通過實時連續(xù)性取樣分析，可精確掌握土質情況，對于浚深至合格砂料層避免走線，集中開挖不合格材料區(qū)，避免超挖。同時，滿載后裝艙土質取樣分析，判定是否滿足回填要求。可作為填料的鈣質砂土，通過耙吸船裝艙底拋工藝[3]拋填，集中拋卸至吹填區(qū)底層。

（三）細顆粒含量控制

基于設計文件要求，采用 Brown [4]的可振沖性指數(shù)對回填料進行初步的判定。可振沖性指數(shù) SN 計算公式如下所示：

其中D50 、D20、D20根據(jù)振沖級配曲線獲取。不同 SN 值代表回填料可振沖性容易程度不一樣，SN值越小，代表回填料越容易振沖，且越容易滿足振沖密實度要求?；赟N值的可振沖評價表如表1。

通過取樣樣品上述方法用于細顆粒含量及可振沖性控制，耙吸船取砂吹填過程中，進行取樣級配試驗評定砂料質量。細顆粒含量一般可直接測得，可振沖性系數(shù)通過計算獲取。

耙吸船挖砂裝艙過程，土體擾動吸入裝艙，艙內(nèi)土體混合重組，溢流靜置，形成新的土體分布，在拋或吹填的過程中再次混合，進入吹填區(qū)再次形成新的土體分布。利用上述特性，施工過程中通過對細顆粒含量監(jiān)控，一方面評定砂料是否合格，另一方面通過調整拋或吹填位置，讓土體實現(xiàn)均勻分布。

1.砂料取樣評估。

耙吸船裝艙過程，通過入流-溢流水力作用，不同粒徑在艙內(nèi)分布規(guī)律不同，一般在入流口（分流門）至溢流口間，水平方向上砂顆粒隨著水流依次減小，并在溢流口附近易形成細顆粒富集，豎直方向底層砂顆粒粗，表層砂顆粒偏細。施工過程中取樣，根據(jù)艙內(nèi)顆粒分部程度，在艙內(nèi)不同位置提取6個代表性砂樣，充分混合后進行砂料級配試驗。根據(jù)試驗級配結果進行分類和評估，對于級配曲線落在A、B區(qū)的評定為優(yōu)質砂料，落在C區(qū)的評定為一般砂料，落在D區(qū)的評定為不合格砂料。優(yōu)質填料可定點拋填填或艏吹吹填，一般砂料分散拋填且避免拋卸至底層，不合格材料不用作填料而外拋處理。endprint

由于上述級配試驗耗時較長，通常通過級配試驗建立標準試樣，取樣對照觀察。

2.耙吸船工藝下減小細顆粒含量措施。

（1）分區(qū)分層開挖

疏浚取砂過程中，耙吸船開挖砂源區(qū)宜采用分區(qū)逐層浚深開挖，確保施工效率不受限制的前提下，小范圍開挖取砂。砂源區(qū)小范圍內(nèi)砂質特性變動一般相對較小，分層分區(qū)開挖有利于相同類土的集中處理。

（2）逐級調整溢流

耙吸船裝艙過程中，隨著艙內(nèi)水面漫過溢流口，粗顆粒沉淀，粉、黏粒隨溢流部分溢出。開始裝艙時，將溢流口設置在較低高度，盡快實現(xiàn)溢流，減少開始溢流前細顆粒的沉淀。隨著裝載量增加，逐級提升溢流口高度，裝艙過程中和滿載后降低溢流釋放濁液。通過裝艙過程中溢流位置調節(jié)，增加溢流損失，粉黏顆粒最大限度的排出。取樣試驗結果測得，溢流口處樣品細顆粒平均含量約為7%，遠低于控制標準。

（3）優(yōu)化拋填順序

回填過程中，土體拋填過程實現(xiàn)土體第二次混合，細顆粒在水力作用下重新分布在吹填區(qū)靜水區(qū)域形成回淤層。回淤多集中在圍堰邊角、有掩護區(qū)域或水深較大區(qū)域。首先吹填邊角等無法實現(xiàn)底拋拋填的區(qū)域，拋填順序宜由內(nèi)向開敞水域推進逐層拋卸，拋卸形成淺區(qū)盡量平整。對于一般砂料，宜在中上層散拋，避免富集。

五、質量控制效果及效益分析

鈣質砂土的精確監(jiān)控，避免了超挖造成合格材料的流失，縮短了清表工期、節(jié)約了船機使用成本和砂料。

細顆粒含量監(jiān)控及降低措施，細顆粒（粒徑小于0.075mm）含量均低于5%（見表2），耙吸船吹填相比絞吸船吹填造成吹填區(qū)回淤強度大大降低，清淤頻率僅為絞吸船的1/3， 船機使用成本節(jié)約明顯。

根據(jù)振沖前CPT試驗檢驗結果，未出現(xiàn)細顆粒夾層和不適于振沖類土層，振沖施工未出現(xiàn)大顆粒巖塊造成的成孔困難，地基處理效果滿足該項目技術標準要求。

六、結束語

通過一系列質量監(jiān)控措施，為耙吸船拋（吹）填施工提供指導，使偏差砂料和優(yōu)質砂料的有機混合，實現(xiàn)填料的改良，經(jīng)濟效益顯著。

耙吸船在疏浚吹填料細顆?？刂品矫嫣貏e具備優(yōu)越性，并能通過溢流調節(jié)等措施實現(xiàn)砂料進一步改良。

耙吸船施工的實時取樣監(jiān)控，實時掌握砂源區(qū)土質隨層變化情況，對不合格材料清表移除超挖控制有利。

參考文獻：

[1] 龔曉南，地基處理手冊（第三版），北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] Design Report – Reclamation and Ground Improvement，Engineering， Procurement， Construction， Pre-Commissioning， Commissioning， Start-up and Performance Testing of Al-Zour LNG Import Project， Kuwait

[3] 王谷謙，疏浚工程手冊，上海航道局.

[4] Brown， R.， Vibroflotation compaction of cohesionless soils [J].Journal of Geotechnical Engineering Division. ASCE， 1977. 103（GT12）： 1437-1451.endprint